《金屬切削機床設(shè)計機械制造裝備設(shè)計教學(xué)課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《金屬切削機床設(shè)計機械制造裝備設(shè)計教學(xué)課件（90頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2020年9月25日星期五5時44分10秒,1,第三章 金屬切削機床設(shè)計 第一節(jié) 概 述 金屬切削機床 基礎(chǔ)裝備,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對機床提出了新的要求,給機床設(shè)計和制造提供了新手段,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,2,一、機床設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求 （一）工藝范圍（加工功能） 加工方法 工件類型 加工表面形狀、尺寸等 （二）柔性 指其適應(yīng)加工對象變化的能力 空間上的柔性 功能柔性（多品種小批量） 時間上的柔性 結(jié)構(gòu)柔性（新的機床功能）,工藝范圍,,,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,3,（三）與物流系統(tǒng)的可親性

2、（accessibility） 靜態(tài)剛度 （四）剛度 動態(tài)剛度 熱態(tài)剛度,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,4,（五）精度 幾何精度 空載條件下的精度 運動精度 傳動精度 定位精度 工作精度 加工精度 （六）噪聲,,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,5,（七）生產(chǎn)率和自動化 （八）成本 （九）生產(chǎn)周期 （十）可靠性 （十一）造型與色彩,2020年9月25日星期五5時44分10秒,6,計算機輔助設(shè)計（CAD） 計算機輔助工程（CAE）,二、機床設(shè)計方法

3、,計算機技術(shù)和分析技術(shù)的飛速進步，為機床設(shè)計方法的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐,的廣泛應(yīng)用,,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,7,人工繪圖 計算機繪圖 傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計 現(xiàn)代設(shè)計 定性設(shè)計 定量設(shè)計 靜態(tài)和線性分析 向動態(tài)和非線性分析 可行性設(shè)計 最佳設(shè)計,,,,,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,8,,,FMS的發(fā)展,,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，改變了機床的傳動結(jié)構(gòu),,“以機床為主的系統(tǒng)”設(shè)計,“以系統(tǒng)為主的機床設(shè)計”,2020年9月25日星期五5時44分10秒,9,通用機床,系列化設(shè)計方法,,基型產(chǎn)品,其它產(chǎn)品,創(chuàng)新設(shè)計,,變型設(shè)計,,,,,組合機床,,組合設(shè)計類

4、型,2020年9月25日星期五5時44分10秒,10,三、機床設(shè)計步驟,設(shè)計任務(wù),機床主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計,,機床總體方案設(shè)計,總體方案設(shè)計,總體方案綜合評價與選擇,總體方案的設(shè)計修改（優(yōu)化）,詳細設(shè)計,,機床整機綜合評價,,滿足設(shè)計要求？,結(jié)束,,,,,,N,Y,,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,11,1主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計,工藝范圍 生產(chǎn)率 性能指標(biāo) 主要參數(shù) 驅(qū)動方式 成本及生產(chǎn)周期,（一）總體設(shè)計,,,材料,質(zhì)量,形狀及尺寸,2020年9月25日星期五5時44分10秒,12,傳動方式,傳動原理圖,傳動系統(tǒng)圖,尺寸參數(shù),運動參數(shù),動力參數(shù),2總體方案設(shè)計,運動功能設(shè)計 基本參數(shù)設(shè)計

5、 傳動系統(tǒng)設(shè)計 總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計 控制系統(tǒng)設(shè)計,,,,個數(shù),形式,功能,排列順序,運動功能分配,總體布局結(jié)構(gòu)形式,總體結(jié)構(gòu)方案圖,,,控制方式及控制原理,控制系統(tǒng)圖,2020年9月25日星期五5時44分10秒,13,3總體方案綜合評價與選擇 4總體方案的設(shè)計修改或優(yōu)化,2020年9月25日星期五5時44分10秒,14,（二）詳細設(shè)計 （1）技術(shù)設(shè)計 包括確定結(jié)構(gòu)原理方案、裝配圖設(shè)計、分析計算或優(yōu)化。 （2）施工設(shè)計 包括零件圖設(shè)計、商品化設(shè)計、編制技術(shù)文檔等。 （三）機床整機綜合評價,2020年9月25日星期五5時44分10秒,15,第二節(jié) 金屬切削機床設(shè)計的基本理論 一、精度 具

6、有精度、保持精度,機床精度,幾何精度,傳動精度,運動精度,定位精度,精度保持性,普通精度級、精密級和高精度級,,工作精度,,空載精度,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,16,1幾何精度 幾何精度是指機床空載條件下，在不運動或低速運動時各主要部件的形狀、相互位置和相對運動的精確程度。,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,17,2運動精度 運動精度是指機床空載并以工作速度運動時，主要零部件的幾何位置精度。如高速回轉(zhuǎn)主軸的回轉(zhuǎn)精度。,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,18,3傳動精度 傳動精度是指機床傳動系各末端執(zhí)行件之間運動的協(xié)調(diào)性和均勻性。,,2020

7、年9月25日星期五5時44分10秒,19,4定位精度 定位精度是指機床的定位部件運動到達規(guī)定位置的精度。,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,20,5工作精度 加工規(guī)定的試件，用試件的加工精度表示機床的工作精度,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,21,6精度保持性 在規(guī)定的工作期間內(nèi)，保持機床所要求的精度,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,22,二、剛度 （一）概述 機床剛度指機床系統(tǒng)抵抗變形的能力，通常用下式表示 KF/y 式中K機床剛度（Nm）； F 作用在機床上的載荷（N） y 在載荷作用下，機床或主要零、部件的變

8、形,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,23,靜載荷 靜剛度 動載荷 動剛度,,,（二）整機剛度 整機在靜載荷作用下抵抗變形的綜合能力,各部件的剛度,結(jié)合部的剛度,,優(yōu)化,2020年9月25日星期五5時44分10秒,24,三、抗振性 交變載荷作用下，抵抗變形的能力。 （一）受迫振動 （二）自激振動（切削穩(wěn)定性） （三）振動影響因素,（1）機床的剛度 （2）機床的阻尼特性 （3）機床系統(tǒng)固有頻率,2020年9月25日星期五5時44分10秒,25,四、熱變形 （一）概述 機床在工作時受到內(nèi)部熱源和外部熱源的影響，使機床各部分溫度發(fā)生變化。因不同材料的熱膨脹系數(shù)不同

9、，機床各部分的變形不同，導(dǎo)致機床產(chǎn)生熱變形，使加工工件產(chǎn)生誤差。最大可占全部誤差的70左右。 熱源：內(nèi)部（電機、液壓系統(tǒng)、摩擦、切削熱等） 外部（環(huán)境溫度、熱輻射等） （二）熱平衡的溫度場,2020年9月25日星期五5時44分10秒,26,五、噪聲 （一）概述 （二）噪聲的度量指標(biāo) 1客觀度量 20lg p/p0 2噪聲的主觀度量,2020年9月25日星期五5時44分10秒,27,（三）機床噪聲 1）機械噪聲 2）液壓噪聲 3）電磁噪聲 4）空氣動力噪聲,2020年9月25日星期五5時44分10秒,28,六、低速運動平穩(wěn)性 （一）爬行現(xiàn)象和機理 （二）爬行

10、的度量 （1）爬行量 用機床部件位移時間曲線表示 （2）速度波動量 用機床部件速度時間曲線表示 （3）爬行的臨界速度 Vc=Ff/(2km)0.5 （三）消除爬行的措施,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,29,,進給傳動的力學(xué)模型,2020年9月25日星期五5時44分10秒,30,,1）減小靜、動摩擦系數(shù)之差； 2）提高傳動機構(gòu)的剛度； 3）提高阻尼比和降低移動件質(zhì)量。,,滾動摩擦 卸荷導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌 減摩材料 潤滑,2020年9月25日星期五5時44分10秒,31,一、機床系列型譜的制定 國家根據(jù)機床的生產(chǎn)和使用情況，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，規(guī)定了每一種通用機床的

11、主規(guī)格（主要參數(shù)）稱為主參數(shù)系列，中型臥式車床的主參數(shù)是床身上工件最大回轉(zhuǎn)直徑，其系列為 250，320，400，500，630，800，1000 七種規(guī)格,第三節(jié) 金屬切削機床總體設(shè)計,2020年9月25日星期五5時44分10秒,32,,,系列,表3-1 中型臥式車床的簡略系列型譜表, 基型，變型,主參數(shù)系列,,縱向,,橫向,型譜,,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,33,二、機床的運動功能設(shè)計 （一）機床的工作原理 基本功能：是提供切削加工所必須的運動和動力。 基本工作原理：通過刀具與工件之間的相對運動，由刀具切除工件加工表面多余的金屬材料，形成工件加工表面的幾何

12、形狀、尺寸，達到其精度要求。,,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,34,（二）工件表面的形成方法 1幾何表面的形成原理 任何一個表面都可以看是一條曲線（或直線）沿著另一條曲線（或直線）運動的軌跡。這兩條曲線（或直線）稱為該表面的發(fā)生線，前者稱為母線，后者稱為導(dǎo)線。,2020年9月25日星期五5時44分10秒,35,2020年9月25日星期五5時44分10秒,36,2發(fā)生線的形成 工件加工表面的發(fā)生線是通過刀具切削刃與工件接觸并產(chǎn)生相對運動而形成的。 （1）軌跡法（描述法） （2）成型法（仿形法） （3）相切法（旋切法） （4）范成法（滾切法）,,2020年9月25

13、日星期五5時44分10秒,37,1,n,需要刀具和工件之間有一個相對運動,軌跡法,f,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,38,1,n,不需要刀具和工件之間的相對運動,成型法,n,,1,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,39,1,n,相切法,刀具和工件之間需要兩個相對運動。,n2,n1,n2,n1,f,1,f,1,2,3,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,40,,刀具和工件之間需要一個相對運動（范成運動）,范成法,1,2,f,n1,n2,2020年9月25日星期五5時44分10秒,41,3加工表面的形成方法 母線形成方法和導(dǎo)線形成方法的組合。 形成加工表

14、面所需的刀具與工件之間的相對運動也是形成母線和導(dǎo)線所需相對運動的組合。,,,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,42,表面成形運動,非表面成形運動,（三）運動分類,主運動,進給運動（縱、橫、斜向）,1按運動的功能分類,,切入運動,分度運動,輔助運動,控制運動,,接近,退刀,返回,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,43,2按運動的關(guān)系分類,（1）獨立運動 （2）復(fù)合運動,2020年9月25日星期五5時44分10秒,44,分析工藝范圍；確定加工方法,（四）機床運動功能方案設(shè)計,1工藝分析,機床總體坐標(biāo)系：直角坐標(biāo)系,2選取坐標(biāo)系,,X，Y，Z,沿軸的直線運動及運動量,,,A，

15、B，C,繞X，Y，Z軸的回轉(zhuǎn)運動,,,,繞X，Y，Z軸的回轉(zhuǎn)運動量,2020年9月25日星期五5時44分10秒,45,l）局部坐標(biāo)系固定在運動部件上； 2）運動方向與機床坐標(biāo)系軸線平行時，取各局部坐標(biāo)系與機床坐標(biāo)系方向一致；也可以取運動方向為Zi 軸； 3）當(dāng)有斜置式運動時，可混合選取 。,局部坐標(biāo)系的選取,2020年9月25日星期五5時44分10秒,46,運動功能式表示機床的運動個數(shù)、形式、功能（主運動、進給運動、非成形運動，分別用下標(biāo)p，f，a表示）及排列順序。 左邊寫工件，用W表示；右邊寫刀具，用T表示，中間寫運動，按運動順序排列，并用“”分開。,3寫出機床運動功能式,,2020

16、年9月25日星期五5時44分10秒,47,車床的運動功能式 WCp，Zf，XfT 三軸升降臺式銑床的運動式 WXf，Yf，Zf，Cp/T,2020年9月25日星期五5時44分10秒,48,4畫出機床運動功能圖,2020年9月25日星期五5時44分10秒,49,車床,三軸升降臺銑床,2020年9月25日星期五5時44分10秒,50,龍門刨床,2020年9月25日星期五5時44分10秒,51,外圓磨床,搖臂鉆床,2020年9月25日星期五5時44分10秒,52,坐標(biāo)鏜床,2020年9月25日星期五5時44分10秒,53,2020年9月25日星期五5時44分10秒,54,5、 繪制機床傳動原理圖 傳

17、動原理圖表示動力源與執(zhí)行件、不同執(zhí)行件之間的運動及傳動關(guān)系,合成機構(gòu),傳動比可變的變速傳動,傳動比不變的傳動,2020年9月25日星期五5時44分10秒,55,車床傳動原理圖,滾齒機傳動原理圖,2020年9月25日星期五5時44分10秒,56,并聯(lián)運動和串聯(lián)運動,特點：精度高、剛度高、運動部件質(zhì)量小、速度高,并聯(lián)運動,虛擬串聯(lián)運動,2020年9月25日星期五5時44分10秒,57,六個運動并聯(lián),三個運動并聯(lián),2020年9月25日星期五5時44分10秒,58,運動功能分配設(shè)計是確定運動功能式中“接地”的位置，用“”符號表示。“”符號左側(cè)的運動由工件完成，右側(cè)的運動由刀具完成。機床的運動功能式中添

18、加上“”接地符號后，可稱為運動分配式。,三、機床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計,（一）運動功能分配設(shè)計,2020年9月25日星期五5時44分10秒,59,銑床的運動功能式 WXf，Zf，Yf，Cp/T，其運動分配式有： 1）W Xf，Zf，Yf，CpT； 2）WXf Zf，Yf，CpT； 3）WXf，Zf Yf，CpT； 4）WXf，Zf，Yf CpT。,2020年9月25日星期五5時44分10秒,60,（二）結(jié)構(gòu)布局設(shè)計 機床的結(jié)構(gòu)布局形式有立式、臥式及斜置式等； 其中基礎(chǔ)支承件的形式又有底座式，立柱式，龍門式等； 基礎(chǔ)支承件的結(jié)構(gòu)又有一體式和分離式等等。,2020年9月25日星期五5時4

19、4分10秒,61,2020年9月25日星期五5時44分10秒,62,（三）機床總體結(jié)構(gòu)的概略形狀與尺寸設(shè)計,1）首先確定末端執(zhí)行件的概略形狀與尺寸。 2）設(shè)計末端執(zhí)行件與其相鄰的下一個功能部件的結(jié)合部的形式、概略尺寸。 3）根據(jù)導(dǎo)軌結(jié)合部的設(shè)計結(jié)果和該運動的行程尺寸，確定下一個功能部件的概略形狀與尺寸； 4）重復(fù)上述過程，直到基礎(chǔ)支承件（底座、立柱、床身等）設(shè)計完畢。,2020年9月25日星期五5時44分10秒,63,5）若要進行機床結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計、則可將功能部件細分成子部件，根據(jù)制造廠的產(chǎn)品規(guī)劃，進行模塊提取與設(shè)置。 6）初步進行造型與色彩設(shè)計。 7）機床總體結(jié)構(gòu)方案的綜合評價。

20、8）機床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計修改與確定 。,2020年9月25日星期五5時44分10秒,64,2020年9月25日星期五5時44分10秒,65,四、機床主要參數(shù)的設(shè)計,（一）主參數(shù)和尺寸參數(shù) 主參數(shù)是代表機床規(guī)格大小及反映機床最大工作能力的一種參數(shù)，為了更完整地表示出機床的工作能力和 工作范圍，有些機床還規(guī)定有第二主參數(shù)。,2020年9月25日星期五5時44分10秒,66,通用機床主參數(shù)：國家標(biāo)準(zhǔn)，選用 專用機床的主參數(shù)：以零件或被加工面的尺寸參數(shù)來代表。,2020年9月25日星期五5時44分10秒,67,尺寸參數(shù)：機床的主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù) 通常包括： 1）與被加工零件有關(guān)的尺寸 2）標(biāo)準(zhǔn)化

21、工具或夾具的安裝面尺寸,2020年9月25日星期五5時44分10秒,68,（二）運動參數(shù) 運動參數(shù)是指機床執(zhí)行件如主軸、工件安裝部件（工作臺、刀架）的運動速度。 1主運動參數(shù) 主運動為回轉(zhuǎn)運動的機床主軸轉(zhuǎn)速； 主運動為直線運動的機床如插、刨機床，主運動參數(shù)是插刀或刨刀每分鐘往復(fù)次數(shù)（次分）。,2020年9月25日星期五5時44分10秒,69,專用機床和組合機床：通常主軸只須一種固定轉(zhuǎn)速 n=1000v/d 式中 n主軸轉(zhuǎn)速（rmin）； v切削速度（mmin）； d工件或刀具直徑（mm）。 通用機床：主軸具有多轉(zhuǎn)速。 確定變速范

22、圍 設(shè)計時應(yīng)考慮 確定變速方式（無級變速和有級變速 ） 確定有級變速的級數(shù),,2020年9月25日星期五5時44分10秒,70,（1）最低（nmin）和最高（nmax）轉(zhuǎn)速的確定,D機床能加工的最大直徑（mm）； K系數(shù)； Rd計算直徑范圍。0.20.25,2020年9月25日星期五5時44分10秒,71,例：確定400mm臥式車床主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速。 （采用硬質(zhì)合金車刀半精車小直徑外圓時轉(zhuǎn)速最高） （采用高速鋼車刀精車合金鋼材料的梯形螺紋時轉(zhuǎn)速最低）,2020年9月25日星期五5時44分10秒,72,（2）主軸轉(zhuǎn)速的合理排列 機床主軸轉(zhuǎn)速是按等比級數(shù)排列，其公比用符號表

23、示。則轉(zhuǎn)速數(shù)列為:,轉(zhuǎn)速呈等比級數(shù)排列的原因： 轉(zhuǎn)速相對損失均勻； 設(shè)計簡單方便。,2020年9月25日星期五5時44分10秒,73,相對轉(zhuǎn)速損失率： 最大損失率： 若： 則：,2020年9月25日星期五5時44分10秒,74, 因此，轉(zhuǎn)速分配如下： 最大相對損失率 變速范圍,2020年9月25日星期五5時44分10秒,75,（3）標(biāo)準(zhǔn)公比值和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列 標(biāo)準(zhǔn)公比的確定依據(jù)如下原則： 1 2 我國機床專業(yè)GC58-60規(guī)定了7個標(biāo)準(zhǔn)公比： 1.06, 1.12, 1.26, 1.41, 1.58, 1.78, 2 注：在設(shè)計其他機械時也常常采用這個標(biāo)準(zhǔn)； 當(dāng)機械的變速級數(shù)

24、過多時，往往采用兩個以上公比。,2020年9月25日星期五5時44分10秒,76,2020年9月25日星期五5時44分10秒,77,（4）公比的選用 對于通用機床，為使轉(zhuǎn)速損失不大，機床結(jié)構(gòu)又不過于復(fù) 雜，一般取1.26或1.41； 對于大批，大量生產(chǎn)用的專用機床，專門化機床及自動機 一般取1.12或1.26，因其生產(chǎn)率高，轉(zhuǎn)速損失影響較大， 且又不經(jīng)常變速，可用交換齒輪變速， 非自動化小型機床，加工中切削時間遠小于輔助時間，轉(zhuǎn)速 損失大些影響不大，故可取1.58、1.78甚至2。,2020年9月25日星期五5時44分10秒,78,表3-3 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列,2020年9月25日星期五5時44分10秒

25、,79,（5）變速范圍Rn，公比和級數(shù)Z的關(guān)系 由等比級數(shù)規(guī)律可知,兩邊取對數(shù),注意：a) 計算出的公比應(yīng)該圓整為標(biāo)準(zhǔn)值; b) 級數(shù)應(yīng)該圓整為整數(shù)。同時修正Rn,2020年9月25日星期五5時44分10秒,80,例：有一臺機床，主軸共有12級轉(zhuǎn)速，分別為：31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400。公比為=1.41，則最大相對轉(zhuǎn)速損失率為：,,變速范圍：,2020年9月25日星期五5時44分10秒,81,例：設(shè)計一臺機床，nmin=12.5r/min，nmax=2000r/min， =1.26。查表確定各級轉(zhuǎn)速。 查表3-3找到最低轉(zhuǎn)

26、速12.5 因為：1.26=1.064 所以：每隔3個數(shù)取一個數(shù)得到下面數(shù)列,,12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000,2020年9月25日星期五5時44分10秒,82,2進給量的確定 數(shù)控機床 無級變速 無級變速 普通機床 等比級數(shù)（加工外圓、端面） 有級變速 （普通車床加工螺紋） 等差數(shù)列 （螺紋車床） （刨床

27、、插床等棘輪 機構(gòu)進給機床）,,,,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,83,3變速形式與驅(qū)動方式選擇 無級變速 變速形式 有級變速 有級變速+無級變速 電動機驅(qū)動 獨立驅(qū)動方式 驅(qū)動方式 集中驅(qū)動方式 液壓驅(qū)動 聯(lián)合驅(qū)動方式,,,,,2020年9月25日星期五5時44分10秒,84,（三）動力參數(shù) 電動機的功率或扭矩 1、主電動機功率的確定 P主=P切+P空+P輔 式中 P切切削功率（有效功率）（kW）； P空空載功率（kW）； P輔摩擦損耗功率（kW）。,（1

28、）切削功率,2020年9月25日星期五5時44分10秒,85,（2）空載功率,（3）摩擦損耗功率,則,2020年9月25日星期五5時44分10秒,86,主電機功率的估算：,2020年9月25日星期五5時44分10秒,87,2進給驅(qū)動電動機功率的確定 機床進給運動驅(qū)動源可分成如下幾種情況： 1）進給運動與主運動合用一個電動機，如臥式車床、 鉆床等。進給運動消耗的功率遠小于主傳動 2）進給運動中工作進給與快速進給合用一個電動機 時，由于快速進給所需功率遠大于工作進給的功 率，且二者不同時工作，所以不必單獨考慮工作 進給所需功率。 3）進給運動采用單獨電動機驅(qū)動，則需要確定進給 運動所需功率（或扭矩）。,2020年9月25日星期五5時44分10秒,88,3快速運動電動機功率的確定 快速運動電動機啟動時消耗的功率最大， 要同時克服移動件的慣性力和摩擦力 P快= P慣+P摩,2020年9月25日星期五5時44分10秒,89,2020年9月25日星期五5時44分10秒,90,